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模拟前端芯片是连接模拟世界和数字世界的重要桥梁,被普遍用于工业自动化、数据通信传输、图像处理等电子系统。设计实现针对不同应用的模拟前端电路已经成为了重要的研究课题和方向。在高速数据传输应用中,无线通信技术由于相对较弱的抗干扰能力,其发展遇到了诸多瓶颈。近些年以电力线网络作为传输介质的电力线通信技术在智慧家庭联网和宽带连接通信等应用方面受到了越来越多的关注,由于分布广泛,成本低廉,使用便捷等特点,电力线通信技术已经成为千兆比特数据通信网络中最具竞争力的技术之一。其中具备同时兼容低频带宽和高频带宽电力线通信协议的模拟前端可以有效灵活地满足百兆比特和千兆比特数据率的传输应用,所以研究适应于电力线通信的多模式可重构模拟前端处理器具有重要意义。电力线通信模拟前端属于模数混合集成电路领域,目前国内外研究成果相对较少,主要面临如下挑战:电力线收发端间距不同而导致接收端输入信号能量存在强弱差异,模拟前端-接收器需要具备对宽动态范围输入信号的处理能力;工艺变化、空气氧化带来的线缆等效阻抗偏差将造成发射器输出阻抗匹配困难,导致模拟前端-发射器传输效率降低;在电力线接收器输出端,高速高精度量化要求导致模数转换器功耗和面积较大。本论文基于标准CMOS工艺设计了一款电力线多模式可重构模拟前端处理器。模拟前端处理器由收发器和数据转换器(包括模数转换器和数模转换器)等组成,是整个电力线通信系统中进行信号处理的关键模块,也是宽带电力线通信系统的技术难点之一。本文针对电力线通信协议HomePlugAV2和其他相关HomePlug通信协议,在对噪声系数NF,三阶交调截点IIP3等系统参数分析优化的基础上,提出包括可重构拓扑结构,可编程输出阻抗功能等诸多创新技术,基于SMIC 0.18μm 3.3V工艺设计实现包括衰减-可编程增益放大器、低噪声放大器、低通滤波器和可编程增益放大器等电路模块的接收通道;包括低通滤波器、可编程增益放大器和具有可编程输出阻抗功能的线缆驱动放大器等电路模块的发送通道。此外,为满足电力线通信接收器信号量化需求,本文基于TSMC 65nm 1.2V工艺,在众多模数转换器结构中选择基于逐次逼近量化原理设计实现模数转换器用于量化接收器输出模拟信号,研究冗余位校准和电容重组技术,采用分段电容阵列结构,有效提高了模数转换器的速度和精度,减少了电容面积。本文完成了电力线通信模拟前端收发器芯片电路设计,仿真,版图设计仿真及芯片测试等工作。测试结果表明接收器通路带宽100MHz,增益范围-26.2~21dB。在最大增益21dB时接收器最小噪声系数NF为20.2dB。在最小增益-26.2d B时接收器最大三阶交调截点IIP3为36.1dBm。发射器在低频带1.8~30MHz和高频带30~86MHz下分别取得多音功率谱值MTPR为42dB和9.6dB。芯片面积为5.75mm~2,采用双通道设计,芯片功耗分别为160mW(接收器)和350mW(发射器)。另外本文完成12位125MSPS模数转换器芯片电路设计,仿真和版图设计和仿真。芯片版图面积0.156mm~2,功耗5mW,在采样速率125MHz下,模数转换器微分非线性DNL为-0.38~0.23LSB,积分非线性INL为-0.43~0.42LSB。当输入信号频率10.09MHz下,信噪失真比SNDR为72.3dB,无杂散动态范围SFDR为84.1d B,有效位数ENOB为11.72位,功耗优值为12fJ/conv。根据对模拟前端-收发芯片的测试结果和模拟前端-模数转换器的后仿真结果分析可知,本文设计的模拟前端芯片满足设计指标需求,可用于对电力线通信信号的收发处理和量化,相较于已有文献中阐述的电力线通信模拟前端芯片,具有优异的性能。